CN107968677A - 定向传播无线信号的中继装置、方法和系统 - Google Patents

Abstract

提供一种定向传播无线信号的中继装置、方法和系统，该中继装置包括：包括一个或多个天线的天线阵列，可操作为在覆盖范围中定向地发送和接收无线信号；视觉传感器，可操作为在所述覆盖范围中检测是否存在一个或多个预定设备、并在检测到存在一个或多个预定设备的情况下确定所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置；控制单元，可操作为根据所述视觉传感器所确定的一个或多个预定设备的位置，指定所述天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

Description

定向传播无线信号的中继装置、方法和系统

技术领域

本申请涉及无线通信领域，且更具体地涉及定向传播无线信号的中继装置、方法和系统。

背景技术

天线对空间不同方向具有不同的辐射或接收能力，这就是天线的方向性。根据方向性的不同，天线有全向和定向两种。全向天线，即在水平方向图上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性。而定向天线(Directional antenna)是指在某一个或某几个特定方向上发射及接收电磁波特别强，而在其他的方向上发射及接收电磁波则为零或极小的一种天线。

而无线通信系统通过例如一部分或几部分的射频(RF)频谱的共享无线通信媒体来传递信息。在60千兆赫兹(GHz)操作的毫米波(mmWave)通信中，很希望实现在大约10米的短范围内几千兆比特每秒(Gbps)吞吐量，从而实现办公室私有无线网络通信等创新应用。由于大的信号衰减和有限的传送功率，许多60GHz装置依赖具有高指向性增益的定向天线阵列来实现10米覆盖。

发明内容

然而不管使用何种天线，用户都难以得知天线的具体和精确的电磁波覆盖范围和/或方向，而且天线阵列的覆盖是大范围的覆盖，而不能集中地针对要覆盖的对象。因此不能很好地利用这种天线来实现多样化的无线通信场景。

根据本申请的一个方面，提供一种定向传播无线信号的中继装置，包括：包括一个或多个天线的天线阵列，可操作为在覆盖范围中定向地发送和接收无线信号；视觉传感器，可操作为在所述覆盖范围中检测是否存在一个或多个预定设备、并在检测到存在一个或多个预定设备的情况下确定所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置；控制单元，可操作为根据所述视觉传感器所确定的一个或多个预定设备的位置，指定所述天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

根据本申请的另一方面，提供一种定向传播无线信号的中继方法，包括：通过视觉传感器，在包括一个或多个天线的天线阵列的覆盖范围中检测是否存在一个或多个预定设备、并在检测到存在一个或多个预定设备的情况下确定所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置，其中，所述天线阵列可操作为在覆盖范围中定向地发送和接收无线信号；通过控制单元，根据所确定的一个或多个预定设备的位置，指定所述天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

根据本申请的另一方面，提供一种定向传播无线信号的中继系统，包括：处理器；存储器，耦合于所述处理器，且当被处理器执行时进行如上所述的定向传播无线信号的中继方法。

附图说明

图1示意性地示出应用根据本发明的实施例的定向传播无线信号的中继装置和方法的硬件和应用场景图。

图2A和2B示意性地示出了根据本发明的不同实施例的定向传播无线信号的中继装置的方框图。

图3示意性地示出了根据本发明的实施例的定向传播无线信号的中继方法的流程图。

图4示意性地示出了根据本发明的实施例的定向传播无线信号的中继方法的时序图。

图5示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机系统/服务器的框图。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的具体实施例，在附图中例示了本发明的例子。尽管将结合具体实施例描述本发明，但将理解，不是想要将本发明限于所述的实施例。相反，想要覆盖由所附权利要求限定的在本发明的精神和范围内包括的变更、修改和等价物。应注意，这里描述的方法步骤都可以由任何功能块或功能布置来实现，且任何功能块或功能布置可被实现为物理实体或逻辑实体、或者两者的组合。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

注意，接下来要介绍的示例仅是一个具体的例子，而不作为限制本发明的实施例必须为示出和描述的具体的外形、硬件、连接关系、步骤、数值、条件、数据、顺序等等。本领域技术人员可以通过阅读本说明书来运用本发明的构思来构造本说明书中未提到的更多实施例。

图1示意性地示出应用根据本发明的实施例的定向传播无线信号的中继装置和方法的硬件和应用场景图。

该应用场景可以实现在定向无线网络接入点上加入边界控制和标示以及区域限定的功能。该应用场景可以用于桌域网(Desk Area Network，DAN)，使得同一桌面范围内的设备安全地互相连接。另一个使用场景是会议场所(安全会议空间)，可以允许不同群组的用户建立互相隔离的私有无线网络。本发明也可用于在公共场所(岛)建立临时的安全无线自组织网络。

具体地，该应用场景使得用户设备能在特定限定区域中通过该中继装置和方法进行定向无线通信。通过在中继装置中集成可调节光圈单元、天线阵列、视觉传感器、可视边界指示器等，该中继装置可以通过可见方式给用户指示出当前有效网络区域的边界，并通过视觉传感器定位区域中的用户设备，从而驱动该中继装置的天线阵列以进行无线波束成形来与被定位的用户设备快速建立连接。

具体地，如图1所示的中继装置系统100的硬件结构及使用场景图，示出了如下硬件结构：

边界指示器106：边界指示器106的主要功能是给用户显示可见的有效网络区域边界，从而允许用户以可见的方式调整网络的有效区域边界。一种实现方式可以采用LED光线发射器，光线强度足够区分有效边界即可；

光圈单元105，其主要功能是控制无线信号波束外边界的形状以及可见边界指示器的指示范围，其曝光通道决定了边界指示器的形状及尺寸，另外也可同步控制天线阵列波束成形的形状及尺寸；

边界控制单元(可用集成电路(Integrated Circuit,IC)板实现)103，来通过驱动天线阵列101的朝向或排列等布置来调整无线网络的有效边界。调整操作包括(但不限于):扩大边界，缩小边界，改变边界形状等。用户可以操作控制接口104、通过任何可能的人机交互方式与边界控制单元103交互，例如(例如红外)遥控器，利用电脑界面，或者使用智能手机等移动设备。

视觉传感器102，视觉传感器102可以通过图像识别等方式来检测当前有效区域边界内的所有设备，并建立中继装置与区域中每个设备之间的视距直线路径，该路径信息可以通过集成电路中央控制单元103提供给天线阵列进行波束成形，从而使中继装置快速定位设备位置并建立与每个设备之间的无线链路。当有效区域边界中设备的位置发生变化时，视觉传感器102可以及时检测到设备位置的变化并重新计算视距直线路径信息，并通知天线阵列101重新进行波束成形及快速无线链接；

天线阵列101，天线阵列101发射定向无线信号，无线信号波束的外边界由光圈单元105控制，天线阵列101与用户设备之间的波束成形由波束成形模块107利用来自视觉传感器102的视距直线路径进行快速成形；

集成电路中央控制单元108，集成电路中央控制单元108负责将所有组件整合到一起，可利用嵌入式软件协调各个组件实现整体控制和合作。

如此，该应用场景使得用户设备能在特定限定区域中通过该中继装置和方法进行定向无线通信。通过在中继装置中集成可调节光圈单元、天线阵列、视觉传感器、可视边界指示器等，该中继装置可以通过可见方式给用户指示出当前有效网络区域的边界，并通过视觉传感器定位区域中的用户设备，从而驱动该中继装置的波束成形模块以进行无线波束成形来与被定位的用户设备快速建立连接。

图2A和2B示意性地示出了根据本发明的不同实施例的定向传播无线信号的中继装置200和200’的方框图。

如图2A所示，该中继装置200包括：包括一个或多个天线的天线阵列201，可操作为在覆盖范围中定向地发送和接收无线信号；视觉传感器202，可操作为在所述覆盖范围中检测是否存在一个或多个预定设备、并在检测到存在一个或多个预定设备的情况下确定所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置；控制单元203，可操作为根据所述视觉传感器所确定的一个或多个预定设备的位置，指定所述天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

该天线阵列201可以是收发大约60千兆赫兹(GHz)操作的毫米波(mmWave)的定向天线阵列，当然，该频率仅是示例，其他频率也是可行的。在天线阵列包括多个天线的情况下，多个天线可以规则地分布，例如可以均匀地分布为长方形或圆形(或其他任何形状)，也可随机地分布，在此不做限制。

天线阵列201的覆盖范围可以是固定的，也可以被调节以改变形状、大小等等。

该预定设备可以是用户携带的可移动便携式设备，例如移动电话、平板电脑、膝上计算机等，也可以是静态设备，例如桌面计算机、打印机等等，只要该预定设备具有收发无线信号的功能即可。

视觉传感器202可以是带有电荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)传感器、金属氧化物半导体元件(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，MOS)传感器等等的摄像机，并具备图像识别和检测图像中物体的能力。在此，图像识别和检测可以采用图像处理领域内公知的技术来实现，在此不详细探讨。

控制单元203可以用通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、场可编程门阵列信号(FPGA)或其他可编程逻辑器件(PLD)、离散门或晶体管逻辑、离散的硬件组件或者其任意组合而实现或进行所述的各个例示的逻辑块、模块和电路等来实现。

在一个实施例中，视觉传感器202可操作为确定一个或多个预定设备在覆盖范围中的坐标。在覆盖范围用平面表示的情况下，例如，覆盖范围是地面上特定形状和大小的范围，则可以用平面坐标来表示预定设备的位置。在覆盖范围用立体空间表示的情况下，例如，覆盖范围是桌面到顶的圆锥体，则可以用三维空间坐标来表示预定设备的位置。还可以采用其他坐标体系，只要该坐标体系能够表示预定设备的位置，则在此不做限制。

在另一个实施例中，视觉传感器202可操作为确定一个或多个预定设备相对于天线阵列的球坐标。球坐标是三维坐标系的一种，用以确定三维空间中点、线、面以及体的位置，它以坐标原点为参考点，由方位角、仰角和距离构成。

控制单元203可操作为：在天线阵列仅包括一个天线的情况下，根据一个或多个预定设备相对于天线的球坐标来偏转天线的朝向角度以覆盖一个或多个预定设备以与覆盖的一个或多个预定设备建立定向通信链接。

控制单元203可操作为：在天线阵列包括多个天线、且覆盖范围的坐标系中的各个子区域与天线阵列的各个天线之间存在映射关系的情况下，根据一个或多个预定设备在覆盖范围中的坐标和映射关系，确定在天线阵列中与一个或多个预定设备相映射的一个或多个预定天线，指定相映射的一个或多个预定天线与一个或多个预定设备建立定向通信链接。

例如，天线阵列中包括的天线的数量可大于、等于或小于覆盖范围的子区域的数量。如此，该覆盖范围的坐标系中的各个子区域与天线阵列的各个天线之间存在映射关系可以是一对一或多对一或一对多。在一对一的情况下，即，天线阵列中的一个天线对应于覆盖范围中的一个子区域，如此，如果视觉传感器202在所述覆盖范围中检测到预定设备且确定该预定设备位于覆盖范围中的某一子区域，则控制单元203可操作为使得与所述某一子区域对应的对应天线来与该预定设备建立定向通信链接。在这种情况下，天线的朝向和角度通常可以固定以覆盖某一子区域，而不需要再进行进一步的朝向调节，当然这并非限制，实际上为了精度和通信效果考虑，也可以再进行进一步的朝向调节以精确地对准检测到的预定设备，如下所述。

控制单元203可操作为：在天线阵列包括多个天线、且覆盖范围的坐标系中的各个子区域与天线阵列的各个天线之间存在映射关系的情况下，根据一个或多个预定设备在覆盖范围中的坐标和映射关系，确定在天线阵列中与一个或多个预定设备相映射的一个或多个预定天线，根据一个或多个预定设备相对于天线阵列的球坐标，偏转相映射的一个或多个预定天线的朝向角度以对准一个或多个预定设备，以与一个或多个预定设备建立定向通信链接。

上述操作也可适用于天线与子区域是一对多的情况，即一个天线可以覆盖2个以上子区域，则如果视觉传感器202在所述覆盖范围中检测到预定设备且确定该预定设备位于覆盖范围中的某一子区域，控制单元203可确定与该某一子区域对应的天线，但是该天线除了覆盖该子区域可能还覆盖其他子区域，因此为了精度和通信效果考虑，可以进一步使得该天线的朝向精确地对准该子区域中的检测到的预定设备的位置。

如此，通过视觉传感器202在所述覆盖范围中检测到预定设备且确定该预定设备位于覆盖范围中的某一子区域，不论天线的布置与覆盖范围中的子区域是什么关系，都可以容易地使得相关的天线来覆盖该检测到的预定设备，甚至精确地对准该预定设备，从而实现较好的通信效果。

在一个实施例中，响应于一个或多个预定设备的位置发生变化，视觉传感器202可操作为检测一个或多个预定设备的位置变化，控制单元203可操作为根据视觉传感器202所确定的一个或多个预定设备的位置变化，重新指定天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖一个或多个预定设备以建立预定天线与一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

在此，在调节天线以对准预定设备之后，预定设备的位置还可能发生进一步的变化，此时，通过视觉传感器202也可以重新检测设备，并确定设备的位置变化，从而重新指定天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖预定设备以建立预定天线与预定设备之间的定向通信链接，如此可以最佳地提供对静止或移动的设备的定向通信链接。

如此，通过视觉传感器来检测在天线阵列的覆盖范围是否存在设备且这些设备的位置，则可以通过控制单元来精确地控制天线阵列中的某个(或某些)天线来为某个设备服务，并使得该天线的方向能对准该设备，以减少信号损失，从而达到最佳的无线通信效果。而且，预定设备可以通过中继装置与外部网络通信，也可以通过中继装置与覆盖范围内的其他预定设备进行通信，实现了小范围内的私有和安全的无线互连。

在如前所述、天线阵列的覆盖范围可以被调节以改变形状、大小等等的情况下，在图2B所示的另一个实施例中，中继装置200’除了包括图2A所示的天线阵列201、视觉传感器202、控制单元203以外，还可以包括：控制接口204，可操作为允许通过其来调节天线阵列的覆盖范围；光圈单元205，可操作为根据覆盖范围的调节来确定覆盖范围；边界指示器206，可操作为根据覆盖范围来视觉地标示出覆盖范围。

在一个实施例中，控制接口204可包括无线遥控器(例如红外遥控器、蓝牙/WiFi遥控器、基于视觉的手势识别交互控制等)、计算机界面(例如电脑操作系统)、智能移动设备界面(例如智能电话的操作界面)等。该控制接口204可以位于用户侧，用户可通过这样的控制接口来直观地调节天线阵列的覆盖范围。

光圈单元205可以通过物理的曝光通道决定边界指示器206标示出的覆盖范围的形状和/或尺寸，且光圈单元205还可以控制天线阵列201的覆盖范围的形状和/或尺寸使得天线阵列201的覆盖范围与边界指示器206标示出的覆盖范围等同。光圈单元205可以是遮蔽装置(类似于摄像机的光圈)，从而遮蔽边界指示器206发出的光线以获得期望的形状和尺寸。

边界指示器206可操作为利用光线在空间中视觉地标示出覆盖范围，例如，边界指示器206可以是发光二极管(Light Emitting Diode,LED)发光器件。如此，用户可以可视地看到光线在空间中照射的范围以了解天线阵列的覆盖范围，从而可以容易地确定自己以及自己携带的设备是否处于天线阵列的覆盖范围内。可替换地，边界指示器206可操作为使得在显示器上显示覆盖范围以及视觉传感器所确定的一个或多个预定设备在覆盖范围中的位置。如此用户可以在其预定设备的显示器屏幕上直观地看到该覆盖范围以及其所在覆盖范围中的位置，以得知自己是否处于该覆盖范围内。当然，两种方案可同时存在，即，既可以通过LED发光器件来照射出天线的覆盖范围，也可以同时使得用户可以在其预定设备的显示器屏幕上直观地看到该覆盖范围以及其所在覆盖范围中的位置。

如此，用户可以直观地感知天线阵列的覆盖范围，以适当地将其携带的设备放置于覆盖范围内，以实现与天线阵列的良好通信、以及通过天线阵列与其他位于覆盖范围内的设备之间的通信。

在一个实施例中，视觉传感器202可操作为在检测到存在一个或多个预定设备的情况下计算一个或多个预定设备与天线阵列之间的视距直线路径，其中，中继装置200或200’还可以包括：与天线阵列耦合的天线阵列波束成形模块107，可操作为基于视距直线路径来建立天线阵列与一个或多个预定设备之间的定向通信链接。该天线阵列波束成形模块可符合电气和电子工程师协会(IEEE，全称是Institute of Electrical and ElectronicsEngineers)的IEEE802.11ad标准。

如此，通过视觉传感器来检测在天线阵列的覆盖范围是否存在设备且这些设备的位置，则可以通过控制单元来精确地控制天线阵列中的某个(或某些)天线来为某个设备服务，并使得该天线的方向能对准该设备，以减少信号损失，从而达到最佳的无线通信效果。进一步地，用户可以直观地感知天线阵列的覆盖范围，且能够将其设备放置到适当的位置以与天线阵列通信，而且用户能够主动地调节天线阵列的覆盖范围，且能够通过边界指示器来直观地感知天线阵列的覆盖范围的调节情况。而且，建立了设备与天线之间的定向通信链接之后，预定设备可以通过中继装置与外部网络通信，也可以通过中继装置与覆盖范围内的其他预定设备进行通信，实现了小范围内的私有和安全的无线互连。

图3示意性地示出了根据本发明的实施例的定向传播无线信号的中继方法300的流程图。

该定向传播无线信号的中继方法300包括：步骤S301，通过视觉传感器202，在包括一个或多个天线的天线阵列201的覆盖范围中检测是否存在一个或多个预定设备、并在检测到存在一个或多个预定设备的情况下确定所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置，其中，所述天线阵列201可操作为在覆盖范围中定向地发送和接收无线信号；步骤S302，通过控制单元203，根据所确定的一个或多个预定设备的位置，指定所述天线阵列201中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

在一个实施例中，中继方法300可包括通过视觉传感器202确定一个或多个预定设备在覆盖范围中的坐标。

在另一个实施例中，中继方法300可包括通过视觉传感器202确定一个或多个预定设备相对于天线阵列的球坐标。

在一个实施例中，中继方法300可包括通过控制单元203：在天线阵列仅包括一个天线的情况下，根据一个或多个预定设备相对于天线的球坐标来偏转天线的朝向角度以覆盖一个或多个预定设备以与覆盖的一个或多个预定设备建立定向通信链接。

在一个实施例中，中继方法300可包括通过控制单元203：在天线阵列包括多个天线、且覆盖范围的坐标系中的各个子区域与天线阵列的各个天线之间存在映射关系的情况下，根据一个或多个预定设备在覆盖范围中的坐标和映射关系，确定在天线阵列中与一个或多个预定设备相映射的一个或多个预定天线，指定相映射的一个或多个预定天线与一个或多个预定设备建立定向通信链接。

在天线阵列中的一个天线对应于覆盖范围中的一个子区域情况下，如此，如果视觉传感器202在所述覆盖范围中检测到预定设备且确定该预定设备位于覆盖范围中的某一子区域，则控制单元203可操作为使得与所述某一子区域对应的对应天线来与该预定设备建立定向通信链接。在这种情况下，天线的朝向和角度通常可以固定以覆盖某一子区域，而不需要再进行进一步的朝向调节，当然这并非限制，实际上为了精度和通信效果考虑，也可以再进行进一步的朝向调节以精确地对准检测到的预定设备，如下所述。

在一个实施例中，中继方法300可包括通过控制单元203：在天线阵列包括多个天线、且覆盖范围的坐标系中的各个子区域与天线阵列的各个天线之间存在映射关系的情况下，根据一个或多个预定设备在覆盖范围中的坐标和映射关系，确定在天线阵列中与一个或多个预定设备相映射的一个或多个预定天线，根据一个或多个预定设备相对于天线阵列的球坐标，偏转相映射的一个或多个预定天线的朝向角度以对准一个或多个预定设备，以与一个或多个预定设备建立定向通信链接。

上述操作也可适用于天线与子区域是一对多的情况，即一个天线可以覆盖2个以上子区域，则如果视觉传感器202在所述覆盖范围中检测到预定设备且确定该预定设备位于覆盖范围中的某一子区域，控制单元203可确定与该某一子区域对应的天线，但是该天线除了覆盖该子区域可能还覆盖其他子区域，因此为了精度和通信效果考虑，可以进一步使得该天线的朝向精确地对准该子区域中的检测到的预定设备的位置。

如此，通过视觉传感器202在所述覆盖范围中检测到预定设备且确定该预定设备位于覆盖范围中的某一子区域，不论天线的布置与覆盖范围中的子区域是什么关系，都可以容易地使得相关的天线来覆盖该检测到的预定设备，甚至精确地对准该预定设备，从而实现较好的通信效果。

在一个实施例中，在一个实施例中，中继方法300可包括响应于一个或多个预定设备的位置发生变化，通过视觉传感器202检测一个或多个预定设备的位置变化，通过控制单元203根据视觉传感器202所确定的一个或多个预定设备的位置变化，重新指定天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖一个或多个预定设备以建立预定天线与一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

在此，在调节天线以对准预定设备之后，预定设备的位置还可能发生进一步的变化，此时，通过视觉传感器202也可以重新检测设备，并确定设备的位置变化，从而重新指定天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖预定设备以建立预定天线与预定设备之间的定向通信链接，如此可以最佳地提供对静止或移动的设备的定向通信链接。

如此，通过视觉传感器来检测在天线阵列的覆盖范围是否存在设备且这些设备的位置，则可以通过控制单元来精确地控制天线阵列中的某个(或某些)天线来为某个设备服务，并使得该天线的方向能对准该设备，以减少信号损失，从而达到最佳的无线通信效果。而且，预定设备可以通过中继装置与外部网络通信，也可以通过中继装置与覆盖范围内的其他预定设备进行通信，实现了小范围内的私有和安全的无线互连。

在一个实施例中，中继方法300可包括通过控制接口204允许通过其来调节天线阵列的覆盖范围；通过光圈单元205根据覆盖范围的调节来确定覆盖范围；通过边界指示器206根据覆盖范围来视觉地标示出覆盖范围。

在一个实施例中，中继方法300可包括通过光圈单元205通过物理的曝光通道决定边界指示器206标示出的覆盖范围的形状和/或尺寸，且光圈单元205还可以控制天线阵列201的覆盖范围的形状和/或尺寸使得天线阵列201的覆盖范围与边界指示器206标示出的覆盖范围等同。

在一个实施例中，中继方法300可包括通过边界指示器206利用光线在空间中视觉地标示出覆盖范围。如此，用户可以可视地看到光线在空间中照射的范围以了解天线阵列的覆盖范围，从而可以容易地确定自己以及自己携带的设备是否处于天线阵列的覆盖范围内。可替换地，在一个实施例中，中继方法300可包括通过边界指示器206使得在显示器上显示覆盖范围以及视觉传感器所确定的一个或多个预定设备在覆盖范围中的位置。如此用户可以在其预定设备的显示器屏幕上直观地看到该覆盖范围以及其所在覆盖范围中的位置，以得知自己是否处于该覆盖范围内。当然，两种方案可同时存在，即，既可以通过LED发光器件来照射出天线的覆盖范围，也可以同时使得用户可以在其预定设备的显示器屏幕上直观地看到该覆盖范围以及其所在覆盖范围中的位置。

如此，用户可以直观地感知天线阵列的覆盖范围，以适当地将其携带的设备放置于覆盖范围内，以实现与天线阵列的良好通信、以及通过天线阵列与其他位于覆盖范围内的设备之间的通信。

在一个实施例中，在一个实施例中，中继方法300可包括通过视觉传感器202在检测到存在一个或多个预定设备的情况下计算一个或多个预定设备与天线阵列之间的视距直线路径，其中，在一个实施例中，中继方法300可包括通过与天线阵列耦合的天线阵列波束成形模块107基于视距直线路径来建立天线阵列与一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

如此，通过视觉传感器来检测在天线阵列的覆盖范围是否存在设备且这些设备的位置，则可以通过控制单元来精确地控制天线阵列中的某个(或某些)天线来为某个设备服务，并使得该天线的方向能对准该设备，以减少信号损失，从而达到最佳的无线通信效果。进一步地，用户可以直观地感知天线阵列的覆盖范围，且能够将其设备放置到适当的位置以与天线阵列通信，而且用户能够主动地调节天线阵列的覆盖范围，且能够通过边界指示器来直观地感知天线阵列的覆盖范围的调节情况。而且，建立了设备与天线之间的定向通信链接之后，预定设备可以通过中继装置与外部网络通信，也可以通过中继装置与覆盖范围内的其他预定设备进行通信，实现了小范围内的私有和安全的无线互连。

图4示意性地示出了根据本发明的实施例的定向传播无线信号的中继方法的时序图。

如图4所示：

1.用户启动(通电)无线中继装置100；

1.1无线中继装置通过可视边界指示器106显示当前有效网络区域的边界；

1.1.1视觉传感器102开始检测当前区域中的设备；

1.2无线中继装置的基带IC 103启动基带信号处理；

2用户进行调整定向无线中继装置100的边界的操作，该操作改变光圈单元105的曝光通道；

2.1光圈单元105的曝光通道的改变导致无线信号波束外边界的改变；

2.2光圈单元105的曝光通道的改变同步到可视边界指示器106从而更新当前有效区域的边界；

3用户携带设备进入定向无线中继装置100建立的当前有效网络区域；

3.1视觉传感器102检测到设备，并利用图像分析处理算法计算出设备与无线中继装置的天线阵列101之间的视距直线路径；

3.1.1基于视距直线路径信息，与天线阵列101耦合的天线阵列波束成形模块(如图1中的107)可以快速建立与用户设备之间的无线链路；

3.1.1.1用户设备与定向无线中继设备100互联；

4.网络链接建立后，该设备可以和同一区域内的其他设备互相通信；

如此，通过视觉传感器来检测在天线阵列的覆盖范围是否存在设备且这些设备的位置，则可以通过控制单元来精确地控制天线阵列中的某个(或某些)天线来为某个设备服务，并使得该天线的方向能对准该设备，以减少信号损失，从而达到最佳的无线通信效果。进一步地，用户可以直观地感知天线阵列的覆盖范围，且能够将其设备放置到适当的位置以与天线阵列通信，而且用户能够主动地调节天线阵列的覆盖范围，且能够通过边界指示器来直观地感知天线阵列的覆盖范围的调节情况。而且，建立了设备与天线之间的定向通信链接之后，预定设备可以通过中继装置与外部网络通信，也可以通过中继装置与覆盖范围内的其他预定设备进行通信，实现了小范围内的私有和安全的无线互连。

图5示出了适于用来实现本发明实施方式的示例性计算机系统/服务器的框图。

该计算机系统可以包括处理器(H1)；存储器(H2)，耦合于处理器(H1)，且在其中存储计算机可执行指令，用于在由处理器执行时进行如针对图3和4描述的方法的各个步骤。

处理器(H1)可以包括但不限于例如一个或者多个处理器或者或微处理器等。

存储器(H2)可以包括但不限于例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬碟、软碟、固态硬盘、可移动碟、CD-ROM、DVD-ROM、蓝光盘等。

除此之外，该计算机系统还可以包括数据总线(H3)、输入/输出(I/O)总线(H4)，显示器(H5)以及输入/输出设备(H6)(例如，键盘、鼠标、扬声器等)等。

处理器(H1)可以通过I/O总线(H4)经由有线或无线网络与外部设备(H5、H6等)通信。

存储器(H2)还可以存储至少一个计算机可执行指令，用于在由处理器(H1)执行时本技术所描述的实施例中的各个功能和/或方法的步骤。

当然，上述的具体实施例仅是例子而非限制，且本领域技术人员可以根据本发明的构思从上述分开描述的各个实施例中合并和组合一些步骤和装置来实现本发明的效果，这种合并和组合而成的实施例也被包括在本发明中，在此不一一描述这种合并和组合。

注意，在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本发明的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本发明为必须采用上述具体的细节来实现。

本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

本公开中的步骤流程图以及以上方法描述仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照给出的顺序进行各个实施例的步骤。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意顺序进行以上实施例中的步骤的顺序。诸如“其后”、“然后”、“接下来”等等的词语不意图限制步骤的顺序；这些词语仅用于引导读者通读这些方法的描述。此外，例如使用冠词“一个”、“一”或者“该”对于单数的要素的任何引用不被解释为将该要素限制为单数。

另外，本文中的各个实施例中的步骤和装置并非仅限定于某个实施例中实行，事实上，可以根据本发明的概念来结合本文中的各个实施例中相关的部分步骤和部分装置以构思新的实施例，而这些新的实施例也包括在本发明的范围内。

以上描述的方法的各个操作可以通过能够进行相应的功能的任何适当的手段而进行。该手段可以包括各种硬件和/或软件组件和/或模块，包括但不限于硬件的电路、专用集成电路(ASIC)或处理器。

可以利用被设计用于进行在此描述的功能的通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、场可编程门阵列信号(FPGA)或其他可编程逻辑器件(PLD)、离散门或晶体管逻辑、离散的硬件组件或者其任意组合而实现或进行的各个例示的逻辑块、模块和电路。通用处理器可以是微处理器，但是作为替换，该处理器可以是任何商业上可获得的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合，多个微处理器、与DSP核协作的一个或多个微处理器或任何其他这样的配置。

结合本公开描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入在硬件中、处理器执行的软件模块中或者这两种的组合中。软件模块可以存在于任何形式的有形存储介质中。可以使用的存储介质的一些例子包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬碟、可移动碟、CD-ROM等。存储介质可以耦接到处理器以便该处理器可以从该存储介质读取信息以及向该存储介质写信息。在替换方式中，存储介质可以与处理器是整体的。软件模块可以是单个指令或者许多指令，并且可以分布在几个不同的代码段上、不同的程序之间以及跨过多个存储介质。

在此公开的方法包括用于实现的方法的一个或多个动作。方法和/或动作可以彼此互换而不脱离权利要求的范围。换句话说，除非指定了动作的具体顺序，否则可以修改具体动作的顺序和/或使用而不脱离权利要求的范围。

所述的功能可以按硬件、软件、固件或其任意组合而实现。如果以软件实现，功能可以作为一个或多个指令存储在切实的计算机可读介质上。存储介质可以是可以由计算机访问的任何可用的切实介质。通过例子而不是限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光碟存储、磁碟存储或其他磁存储器件或者可以用于携带或存储指令或数据结构形式的期望的程序代码并且可以由计算机访问的任何其他切实介质。如在此使用的，碟(disk)和盘(disc)包括紧凑盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软碟和蓝光盘，其中碟通常磁地再现数据，而盘利用激光光学地再现数据。

因此，计算机程序产品可以进行在此给出的操作。例如，这样的计算机程序产品可以是具有有形存储(和/或编码)在其上的指令的计算机可读的有形介质，该指令可由一个或多个处理器执行以进行在此描述的操作。计算机程序产品可以包括包装的材料。

软件或指令也可以通过传输介质而传输。例如，可以使用诸如同轴电缆、光纤光缆、双绞线、数字订户线(DSL)或诸如红外、无线电或微波的无线技术的传输介质从网站、服务器或者其他远程源传输软件。

此外，用于进行在此描述的方法和技术的模块和/或其他适当的手段可以在适当时由用户终端和/或基站下载和/或其他方式获得。例如，这样的设备可以耦接到服务器以促进用于进行在此描述的方法的手段的传送。或者，在此描述的各种方法可以经由存储部件(例如RAM、ROM、诸如CD或软碟等的物理存储介质)提供，以便用户终端和/或基站可以在耦接到该设备或者向该设备提供存储部件时获得各种方法。此外，可以利用用于将在此描述的方法和技术提供给设备的任何其他适当的技术。

其他例子和实现方式在本公开和所附权利要求的范围和精神内。例如，由于软件的本质，以上描述的功能可以使用由处理器、硬件、固件、硬连线或这些的任意的组合执行的软件实现。实现功能的特征也可以物理地位于各个位置，包括被分发以便功能的部分在不同的物理位置处实现。而且，如在此使用的，包括在权利要求中使用的，在以“至少一个”开始的项的列举中使用的“或”指示分离的列举，以便例如“A、B或C的至少一个”的列举意味着A或B或C，或AB或AC或BC，或ABC(即A和B和C)。此外，措辞“示例的”不意味着描述的例子是优选的或者比其他例子更好。

可以不脱离由所附权利要求定义的教导的技术而进行对在此描述的技术的各种改变、替换和更改。此外，本公开的权利要求的范围不限于以上描述的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法和动作的具体方面。可以利用与在此描述的相应方面进行基本相同的功能或者实现基本相同的结果的当前存在的或者稍后要开发的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。因而，所附权利要求包括在其范围内的这样的处理、机器、制造、事件的组成、手段、方法或动作。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本发明。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本发明的范围。因此，本发明不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本发明的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

Claims (10)

1.一种定向传播无线信号的中继装置，包括：

包括一个或多个天线的天线阵列，可操作为在覆盖范围中定向地发送和接收无线信号；

视觉传感器，可操作为在所述覆盖范围中检测是否存在一个或多个预定设备、并在检测到存在一个或多个预定设备的情况下确定所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置；

控制单元，可操作为根据所述视觉传感器所确定的一个或多个预定设备的位置，指定所述天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

2.根据权利要求1所述的中继装置，还包括：

控制接口，可操作为允许通过其来调节所述天线阵列的覆盖范围；

光圈单元，可操作为根据所述覆盖范围的调节来确定所述覆盖范围；

边界指示器，可操作为根据所述覆盖范围来视觉地标示出所述覆盖范围。

3.根据权利要求1所述的中继装置，其中，所述视觉传感器可操作为确定如下位置中的至少一个：所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的坐标、所述一个或多个预定设备相对于所述天线阵列的球坐标，

其中，所述控制单元可操作为进行如下之一：

在天线阵列仅包括一个天线的情况下，根据所述一个或多个预定设备相对于所述天线的球坐标来偏转所述天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以与所述覆盖的一个或多个预定设备建立定向通信链接；

在天线阵列包括多个天线、且所述覆盖范围的坐标系中的各个子区域与所述天线阵列的各个天线之间存在映射关系的情况下，根据所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的坐标和所述映射关系，确定在所述天线阵列中与所述一个或多个预定设备相映射的一个或多个预定天线，指定相映射的一个或多个预定天线与所述一个或多个预定设备建立定向通信链接；

在天线阵列包括多个天线、且所述覆盖范围的坐标系中的各个子区域与所述天线阵列的各个天线之间存在映射关系的情况下，根据所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的坐标和所述映射关系，确定在所述天线阵列中与所述一个或多个预定设备相映射的一个或多个预定天线，根据所述一个或多个预定设备相对于所述天线阵列的球坐标，偏转所述相映射的一个或多个预定天线的朝向角度以对准所述一个或多个预定设备，以与所述一个或多个预定设备建立定向通信链接。

4.根据权利要求2所述的中继装置，其中，所述光圈单元通过曝光通道决定所述边界指示器标示出的覆盖范围的形状和/或尺寸，且所述光圈单元控制天线阵列的覆盖范围的形状和/或尺寸使得所述天线阵列的覆盖范围与所述边界指示器标示出的覆盖范围等同。

5.根据权利要求2所述的中继装置，其中，所述边界指示器可操作为利用光线在空间中视觉地标示出所述覆盖范围，或者所述边界指示器可操作为使得在显示器上显示所述覆盖范围以及所述视觉传感器所确定的一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置。

6.根据权利要求2所述的中继装置，其中，所述控制接口包括无线遥控器、计算机界面、智能移动设备界面。

7.根据权利要求1所述的中继装置，其中，响应于所述一个或多个预定设备的位置发生变化，所述视觉传感器可操作为检测所述一个或多个预定设备的位置变化，所述控制单元可操作为根据所述视觉传感器所确定的一个或多个预定设备的位置变化，重新指定所述天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

8.根据权利要求1所述的中继装置，其中，所述视觉传感器可操作为在检测到存在一个或多个预定设备的情况下计算所述一个或多个预定设备与所述天线阵列之间的视距直线路径，

其中，所述中继装置还包括：

与天线阵列耦合的天线阵列波束成形模块，可操作为基于所述视距直线路径来建立所述天线阵列与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

9.一种定向传播无线信号的中继方法，包括：

通过视觉传感器，在包括一个或多个天线的天线阵列的覆盖范围中检测是否存在一个或多个预定设备、并在检测到存在一个或多个预定设备的情况下确定所述一个或多个预定设备在所述覆盖范围中的位置，其中，所述天线阵列可操作为在覆盖范围中定向地发送和接收无线信号；

通过控制单元，根据所确定的一个或多个预定设备的位置，指定所述天线阵列中的预定天线的朝向角度以覆盖所述一个或多个预定设备以建立所述预定天线与所述一个或多个预定设备之间的定向通信链接。

10.一种定向传播无线信号的中继系统，包括：

处理器；

存储器，耦合于所述处理器，且当被处理器执行时进行如权利要求9所述的定向传播无线信号的中继方法。